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实验二十六声速的测定(用共鸣管)实验概述【实验目的及要求】1.测定声波在空气中的传播速度。2.验证声速与声源的频率无关。【实验器材】1.共鸣管(附蓄水筒、连通管)(西安教学仪器厂,编号20063500)2.不同频率的音叉两支(频率分别为512HZ和440HZ)3.橡皮锤,支架。4.蓄水管、连通器(篮球牌,家用燃气管9mm,揭西县兴顺塑料厂)【实验原理】1.共振干涉法设有一从发射源发出的一定频率的平面声波,经过空气的传播,到达接收器。如果接收面与发射面严格平行,入射波即在接收面上垂直反射,入射波与反射波相干涉形成驻波。反射面处为驻波的波节,声波的波腹。改变接收面与发射源之间的距离L,在一系列特定的距离上,介质中出现稳定的共振现象,此时L等于半波长的整数倍,驻波的波腹达到最大;同时,在接收面上的波腹也相应达到极大值。不难看出,在移动接收器的过程中,相邻两次到达共振所对应的接收面之间的距离为半波长。因此保持频率f不变,通过测量两次相邻的接收信号达到极大值时接收面之间的距离λ/2,就可以用v=λf计算声速。2.共鸣管测声速1共鸣管是一直立的带有刻度的透明玻璃管,如图10-1所示。移动蓄水筒可以使管中的水位升降,从而获得一定长度的空气柱。声波沿空气柱传播至水面发生反射,入射波与反射波在空气柱中干涉,调节空气柱的长度L,当其与波长λ满足(n=1,2,…)(10-1)此时将形成管口为波腹、水面为波节的驻波,声音最响,即产生共鸣。设相邻两次共鸣空气柱的长度差为ΔL,则而λ=2ΔL(10-2)若声波频率(即声源频率)为f,其波长λ和波速v之间的关系是v=λf,将公式(10-2)代入上式得v=2ΔLf(10-3)由此说明:在f已知的情况下,只要测出ΔL,便可求出声波在空气中的传播速度v。改变不同频率的声源,可观测v是否变化。3.声速与温度之间的关系声波在理想气体中的传播过程,可以认为是绝热过程,因此传播速度可以表示为:式中常数R=8.31J·mol-1·K-1,对于空气μ=29kg·mol-1,=1.40,而T=273.15+t°C。将T=(273.15+t)代入(t为摄氏温度)得到计算声波在空气中的传播速度的理论公式为:(10-4)其中v0=(273.15γR/μ)1/2=331.45m/s为空气介质在00C时的声速。【实验内容】【实验方案设计】(测量及调节方法)1.清点仪器及主要用具2.把音叉固定在距离管口四分之一高处,使音叉的振动方向与水面垂直,用橡皮锤来敲击音叉,随即缓慢降低水面高度,直到产生第一次共鸣(反复调节水位,待听到声音最响时),记下水面位置L1,反复测三次,求平均值3.继续使水面降低,按步骤三测得第二,三次共鸣时的水面位置L2,L3……..4.用温度计测室温以验证于室温的关系【实验过程】应包括主要的实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等)(一)清点主要仪器共鸣管(附蓄水筒、连通管),不同频率的音叉三支,橡皮锤,支架。2(二)测量1.如图10-1所示安装好仪器,并调节仪器竖直,并往蓄水筒注水,调节水面高度直到管内水面接近管口为止;2.把音叉固定在距离管口约为管径四分之一高处,使音叉的振动方向与水面垂直,用橡皮锤来敲击音叉,随即缓慢下降管内水位,直到产生第一次共鸣(反复调节水位,待听到声音最响)时,记下水面的位置L1。反复测三次,求平均;3.继续使管内水位下降,按实验步骤2测得第二、三…次共鸣时水面的位置L2、L3、…;4.改用不同频率的音叉,重复上述步骤,验证声速与声源的频率无关。并记下室温及所用音叉的标称频率。5.列数据表格,进行数据处理。【数据表格】(画出数据表格,写明物理量和单位)音叉L2(cm)123平均值f1(440HZ)55.5055.1255.7251.87f2(512HZ)51.1950.8049.3050.43音叉L3(cm)123平均值f1(440HZ)95.1294.1294.2694.50f2(512HZ)85.7284.0083.3084.34音叉L1(cm)123平均值f1(440Hz)15.2314.1014.9014.74f2(512Hz)12.8012.8512.7012.783【数据处理及结果】频率为440HZ的音叉△L==51.87*10=37.13*(m)△L=(cm)=2f△L=2*440*37.12*10(cm)△L=2*440*42.63*10(cm)()/2=350.94(m/s)U(v)=故V=频率是为512HZ的音叉时△L=△L=V=2f△L=2*512*37.65*10V=2f△L=2*512*33.91*10U(v)=U(v)=【...

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